Н Хоровиц - Поиски жизни в Солнечной системе
При наличии свободного водорода, что характерно для атмосфер планет, подобных Юпитеру, в соответствии с уравнением (6) реакция может идти справа налево, что означает, что глицин будет самопроизвольно превращаться в метан, воду и аммиак. Пока не было поставлено эксперимен тов с реальными газовыми смесями, которые позволили бы выяснить, сколько различных реакций органического синтеза может протекать в атмосфере Юпитера. Подобные экспери менты трудновыполнимы, поскольку требуют очень высоких концентраций водорода и гелия. Однако уменьшение кон центрации одного из компонентов (в некоторых публикациях о результатах экспериментов по синтезу органических ве ществ в газовых смесях, имитирующих атмосферу Юпитера, сообщается о том, что водород вообще не использовался) ставит под сомнение ценность полученных результатов.
Юпитер и другие планеты-гиганты не имеют подходящих поверхностей, на которых могли бы накапливаться и взаимо действовать образовавшиеся в атмосфере органические про дукты, а это важный фактор, который необходимо учиты вать, рассматривая возможность химической эволюции. Сле довательно, эволюция должна происходить в атмосфере,
предположительно в облаках паров воды. Но атмосфера Юпитера не является стабильной средой, как, например, океаны на Земле. Она больше напоминает гигантскую печь, где вертикальные потоки постоянно перемещают горячие газы из нижних (внутренних) областей к периферии: там эти газы отдают свое тепло в космическое пространство, в то время как охлажденные газы перемещаются вниз, в более глубокие слои, где снова нагреваются. Наблюдаемая в обла ках Юпитера турбулентность является признаком подобной конвекции (см. фото 3). Насколько интенсивно может проте кать химическая эволюция в таких условиях, когда органи ческие молекулы, образовавшиеся под действием солнечного света в верхних слоях атмосферы, перемещаются в более горячие области, где разрушаются? По-видимому, практи чески незаметно. Как показывают расчеты, перемещение газов, находящихся в атмосфере на уровне слоя водяных облаков, в область, где температура 200 С,-дело нескольких дней. Следовательно, спустя короткое время органические соединения начнут разрушаться, а выделившиеся при этом углерод, азот и кислород вновь превратятся в метан, аммиак и воду.
Даже со скидкой на неточность в вычислениях ясно, что условия в атмосфере Юпитера не благоприятны для хими ческой эволюции. Кроме того. Юпитер представляет собой не только "печь", но и, как мы видели, реакционный сосуд, а это исключает всякую возможность стабилизации органиче ских молекул высоким давлением при тепловом воздействии. Таким образом, следует заключить, что время жизни органи ческих соединений на Юпитере слишком мало, чтобы стал возможным какой-либо сложный органический синтез. По добные рассуждения применимы и к Сатурну (см. фото 4); вероятно, они справедливы и для Нептуна. Уран пока пред ставляет собой загадку, но есть все основания предполагать, что он обитаем не более, чем другие планеты-гиганты.
Титан, Тритон и Плутон
Титан, самый большой спутник Сатурна,-единственный спутник в Солнечной системе, имеющий, как известно, плот ную атмосферу. Полет автоматической станции "Вояд жер-1", приблизившейся в 1980 г. на расстояние около 5000 км к поверхности Титана и передавшей на Землю большое количество данных о химических и физических условиях на этом необычном космическом теле величиной с
планету Меркурий, положил конец многочисленным домыс лам. (Полная сводка данных и результатов исследований этого спутника многими учеными содержится в статьях Стоуна и Майнера, а также Поллака [15, 19].).
Как видно из табл. 4, атмосферное давление у поверх ности Титана равно 1,6 атм. Его атмосфера состоит в основном из азота (90% или более) и метана (1-10%), обнаружены также небольшие количества этана, ацетилена, этилена (С^Н^) и цианистого водорода. Последние представ ляют собой продукты фотохимических реакций, и, как мы видели, некоторые из них обнаружены также в атмосфере Юпитера. Они образовались в результате воздействия УФ излучения Солнца на метан, а цианистый водород (HCN) при воздействии на газообразный азот. При низкой темпера туре, господствующей на Титане (-180 С), аммиак должен существовать в виде твердого льда. В атмосфере Титана обнаружены также молекулы моноксида и диоксида углеро да. Это явилось неожиданностью, так как ранее предполага лось, что кислород, присутствующий на Титане в составе водяного льда, вымораживается на поверхности. Источни ком кислорода может быть вода, содержащаяся в упавших метеоритах. (Такая же вода может служить источником кислорода, который участвует в образовании моноксида углерода, обнаруженного в атмосфере Юпитера.)
Поверхность Титана скрыта атмосферным туманом - сво его рода смогом,-который, как предполагается, состоит из больших молекул углеводородов, образующихся фотохими ческим путем из метана (см. фото 5). Увеличение размеров частиц этого смога в результате их слипания может привести к образованию настолько крупных зерен, что они могут оседать на поверхность, образуя сугробы. Кроме того, если учесть низкую температуру Титана, не исключена возмож ность наличия на его поверхности жидкого этана, который, как предполагается, способен образовать целый океан. Та ким образом, Титан может в изобилии обладать как органи ческими веществами, так и растворителем. И все же из-за низкой температуры (близкой к температуре жидкого возду ха) вряд ли он может представлять собой место, благоприят ное для жизни. При - 180 С химические реакции протекают в растворе слишком медленно для многих процессов химиче ской эволюции, даже если иметь в виду солидный возраст Солнечной системы. Химические процессы, протекающие в атмосфере, получают необходимую энергию за счет фотонов УФ-излучения Солнца. А химические процессы в растворах
зависят от тепловой энергии, которой у Титана мало. Тем не менее органическая химия Титана-крайне привлекательный предмет для будущих космических исследований.
Тритон, самый большой из спутников Нептуна, наблю дать трудно, и поэтому он плохо изучен. Недавно было установлено, что Тритон обладает разреженной атмосферой, состоящей из метана; однако, учитывая размеры и низкую температуру атмосферы, можно предполагать, что на самом деле она более плотная. Температура на поверхности Трито на меньше, чем у Титана, и значительно ниже точки замерза ния жидкого воздуха.
Плутон-самая малая и удаленная от Солнца планета. Его орбита в среднем столь же далеко проходит от Нептуна, как орбита Сатурна-от Солнца. Очень малая масса и необычная форма орбиты Плутона свидетельствуют о том, что он, по-видимому, возник иным путем, нежели другие планеты. Предполагают, что первоначально это был спутник Нептуна и его следует считать скорее астероидом, чем истинной планетой. Если это так, то можно предполагать, что он имеет разреженную атмосферу, состоящую из метана, и твердый метан на поверхности. Температура на поверхнос ти Плутона еще ниже, чем на Тритоне. Трудно представить менее подходящее место для жизни.
Рассмотрев все планеты, кроме Марса (и Земли), с точки зрения существования на них жизни, мы приходим к заклю чению, что ни одна из них в настоящее время не обеспечивает пригодной для жизни среды, хотя в некоторых случаях не исключено, что когда-то условия там были более благо приятными. Разумеется, в Солнечной системе многое еще не изучено, но вряд ли будущие открытия изменят это представ ление. Все изложенные здесь соображения и выводы были в основном известны (или предполагались) еще до запуска на Марс в 1975 г. двух космических аппаратов "Викинг". К тому времени стало ясно, что только Марс можно рассмат ривать как возможное место существования внеземной жиз ни. В следующей главе мы перейдем к удивительной истории исследований Марса, кульминацией которой стали полеты "Викингов".
Глава 5
Марс: мифы и реальность
Наши знания о Марсе постоянно совершенст вуются. Каждое новое противостояние добав ляет что-то свое к тому, что мы уже знали. С тех пор как около 50 лет назад была впервые создана теория о возможности жизни на этой планете, каждый вновь установленный факт вполне согласуется с ней. Не обнаружено ничего такого, что нельзя было бы объясню ь в рамках этой теории. Таким образом, теория и наблюдения не противоречат друг другу.
Е. К. С.шифер, "История фотографических ис следований Марса" (1962)
В книге "Золотая ветвь" антрополог Джеймс Фрезер поведал о том, что изначально Марс считался богом расте ний, а не войны. Римские крестьяне возносили ему молитвы об удачном урожае, именем Марса был освящен весенний месяц март. В свете столь древней связи между богом Марсом и весенним пробуждением природы вполне естест венно, что из всех планет Солнечной системы, за исключе нием Земли, именно Марс казался наименее враждебным и наиболее благоприятным для жизни.
